ES2231039B1 - Modelos animales transgenicos en drosophila para enfermedades geneticas humanas provocadas por expansiones de microsatelites que contienen el trinucleotido ctg. - Google Patents

Modelos animales transgenicos en drosophila para enfermedades geneticas humanas provocadas por expansiones de microsatelites que contienen el trinucleotido ctg. Download PDF

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Abstract

La invención describe modelos animales transgénicos en Drosophila para enfermedades en cuyo estado patológico sea relevante la presencia de expansiones de microsatélites basados en la secuencia CTG, como por ejemplo la distrofia miotónica de tipo 1 y 2, la ataxia espinocerebelar 8 y la HDL2. La invención trata de la aplicación de un transgén que incluye, total o parcialmente, una secuencia microsatélite basada en la secuencia CTG, a un modelo animal transgénico. Este modelo transgénico se ha obtenido mediante la integración estable del transgén en el genoma de Drosophila melanogaster. En dichos animales, el transgén se expresa fenotípicamente, de forma controlada, en cualquiera de sus estadios de desarrollo. Los modelos animales de la invención son de aplicación en la investigación de los mecanismos de patogénesis en las enfermedades en cuyo estado patológico sean relevantes las expansiones de microsatélites que contengan la secuencia CTG, como dispositivos de ensayo de posibles compuestosterapéuticos para el tratamiento de dichas enfermedades y como dispositivos de validación in vivo de tratamientos potenciales de las mismas.

Description

Modelos animales transgénicos en Drosophila para enfermedades genéticas humanas provocadas por expansiones de microsatélites que contienen el trinucleótido CTG.
Sector de la técnica
Esta invención tiene utilidad en el sector de la Biomedicina y en el sector Biofarmacéutico. Dentro de estos sectores, el campo específico de utilidad es el uso de animales transgénicos como modelos que permitan investigar las enfermedades hereditarias humanas, el desarrollo de tratamientos contra las mismas y la validación de tratamientos farmacológicos potenciales.
Estado de la técnica
Las expansiones aberrantes de secuencias microsatélite en el genoma humano, entendidos éstos como repeticiones de una secuencia de entre dos y siete nucleótidos, son el origen de un número creciente de enfermedades hereditarias. De entre ellas destacan las distrofias miotónicas (DM), un tipo de distrofia frecuente en personas adultas, las ataxias, en especial la ataxia espinocerebelar 8 (SCA8), y una enfermedad muy semejante a la enfermedad de Huntington (HDL2 o "Huntington disease-like 2") todas ellas debidas a la expansión de un microsatélite que contiene la secuencia CTG. Las distrofias miotónicas constituyen un grupo de enfermedades autosómicas dominantes multisistémicas que se caracterizan, principalmente, por miotonía (incapacidad para relajar los músculos) y miopatía (degeneración muscular). Las ataxias son un grupo complejo de enfermedades neurodegenerativas que conducen a una descoordinación generalizada de extremidades, del modo de andar y el habla. Los estudios moleculares han identificado varias expansiones de microsatélites como responsables de estas enfermedades. En concreto del trinucleótido CTG en la región 3' no traducida del gen DMPK (DM tipo 1) o en una región no traducida del transcrito Sca8 (SCA8), o el tetranucleótido CCTG en el primer intron del gen ZNF9 (DM tipo 2). En el caso de la HDL2 la situación es menos clara, pero se sabe que por maduración alternativa de los tránscritos primarios del gen junctofilina-3 se pueden generar transcritos que contienen entre 51 y 57 repeticiones del triplete CTG en el intron 1 o en la región 3' no traducida.
En estudios recientes realizados in vitro e in vivo sobre biopsias de pacientes afectados por DM (Miller y col., 2000; Mankodi y col. 2001; Fardaei y col. 2002) se ha demostrado que las expansiones asociadas a las distrofias miotónicas se unen a las proteínas homólogas a la proteína Muscleblind (Mbl) del insecto Drosophila melanogaster. Este hallazgo ha llevado a proponer el siguiente modelo de patogénesis: las expansiones secuestran todas, o parte, de las proteínas de la familia Mbl que se encuentran en el núcleo de las células humanas y este secuestro impide que las proteínas Mbl lleven a cabo su función fisiológica normal (todavía no aclarada). De este modo, sería la ausencia de las proteínas Mbl libres la responsable del inicio de la patogénesis en los pacientes afectados por la distrofia miotónica. Esta idea viene apoyada por el hecho de que las moscas mutantes para el gen muscleblind muestran defectos similares a los que presentan los pacientes afectados por la distrofia miotónica, como es la ausencia de una estructura de los sarcómeros (los motores moleculares de los músculos) denominada disco Z. De manera análoga, las larvas mutantes de Drosophila presentan una hipercontracción de los músculos, lo cual es homólogo a la miotonía que muestran los pacientes afectados por las distrofias miotónicas (Artero y col., 1998). Sin embargo, también se han propuesto otras rutas de patogénesis que probablemente contribuyen a la manifestación clínica de estas enfermedades. Así, se ha propuesto que la expansión de los microsatélites CTG en el gen DMPK podría llevar a una reducción en la proteína DMPK (hipótesis de la haploinsuficiencia de DMPK) y que el microsatélite podría tener un efecto local sobre la estructura de la cromatina conduciendo a una reducción en la expresión de genes cercanos y/o una alteración en los dominios de actuación de elementos intensificadores de la transcripción cercanos (hipótesis del efecto local sobre la cromatina).
En estos momentos no hay disponible ningún tratamiento farmacológico específico para los enfermos afectados por cualquiera de las distrofias miotónicas o por SCA8. Los únicos tratamientos disponibles están encaminados a aliviar los síntomas de los pacientes. Sin embargo, los estudios sobre el mecanismo de patogénesis de las expansiones de microsatélites que incluyen la secuencia CTG abren la puerta para encontrar posibles dianas terapéuticas. Los pasos críticos en la identificación y desarrollo de nuevos agentes terapéuticos son: (a) generar los agentes terapéuticos candidatos; y (b) la búsqueda sistemática entre los compuestos candidatos de aquellos que sean seguros y eficaces. Con la llegada de las metodologías basadas en la química combinatoria, se pueden generar grandes cantidades de compuestos potencialmente terapéuticos, conocidas como librerías (colecciones) de compuestos. Igualmente, basándonos en la diversidad biológica que presenta la Biosfera, existen colecciones de extractos de plantas, de animales marinos, etc. Dichas colecciones constituyen conjuntos ordenados de agentes terapéuticos potenciales. Tras generar los compuestos potencialmente terapéuticos, se debe buscar sistemáticamente en estas colecciones aquellos candidatos prometedores, es decir, con una actividad biológica deseada.
Se han desarrollado protocolos para las búsquedas sistemáticas de alto rendimiento in vitro. Sin embargo, estos ensayos para búsquedas sistemáticas deben complementarse con ensayos in vivo. Dado que no es éticamente aceptable ensayar directamente en las personas compuestos con una actividad terapéutica potencial, un paso importante en la identificación de compuestos con una actividad biológica deseable en humanos es su empleo previo en búsquedas sistemáticas en modelos animales no humanos. Como tales, los modelos animales no humanos de enfermedades hereditarias tales como las distrofias miotónicas y SCA8 pueden jugar un papel importante en el descubrimiento de agentes terapéuticos para combatir tales enfermedades.
Una estrategia complementaria en la búsqueda de compuestos con una actividad biológica deseable es dilucidar la ruta molecular de patogénesis de la enfermedad. Es decir, establecer las relaciones causaefecto que llevan al desarrollo de los síntomas de esa patología. Cuantos más elementos de la ruta de patogénesis se identifiquen y se establezcan sus relaciones causaefecto, más posibilidades existirán de intervenir de una manera predecible en la corrección del defecto molecular. Una estrategia adecuada para dilucidar la ruta de patogénesis de una enfermedad (que además no exige ningún conocimiento a priori del mecanismo molecular de la misma) es el análisis genético.
Un tipo de animal modelo no humano que se puede emplear para búsquedas sistemáticas de agentes terapéuticos para el tratamiento de enfermedades hereditarias y el análisis genético de las mismas son los modelos animales en mamíferos no humanos, por ejemplo el ratón. Sin embargo, los ratones son caros de mantener, tienen un tiempo de reproducción lento y producen una descendencia reducida. Así pues, el ratón no es un organismo ideal para las búsquedas sistemáticas de alto rendimiento ni para el análisis genético.
Por todo lo anterior, existe una necesidad de describir animales modelo adicionales como modelo de las enfermedades humanas englobadas como causadas por expansiones de microsatélites que contengan la secuencia CTG. De interés particular sería un modelo animal con una longevidad corta, un ciclo de reproducción rápido y que produzca una gran cantidad de descendencia. Preferentemente, tal animal debería ser relativamente simple y barato de mantener en el laboratorio.
Patentes relevantes para esta solicitud son: Patente estadounidense "Transposable elements as transformation vectors" con número 4,670,388 y la patente estadounidense "In vivo high throughput toxicology screening method" con número 6,365,129. También es relevante la solicitud de patente Española con número P200201454 y fecha de prioridad 18 de junio de 2002 titulada "Modelos animales transgénicos en Drosophila para las distrofias miotónicas", a nombre de este mismo solicitante.
Los métodos para la producción de animales transgénicos en Drosophila melanogaster se describen en: Spradling, AC, y Rubin, GM (1982). Science 218, 341-347; Brand, AH y Perrimon, N (1993). Development 118, 401-415; Phelps y Brand (1998). Methods 14, 367-379; Steller y Pirrotta (1986). Mol. Cell. Biol. 6, 1640-1649. Véase también Spradling AC, P element mediated transformation in Drosophila: A practical approach (ed. D.D. Roberts, IRL Press, Oxford) (1986) pp. 175-179.
Los artículos en los que se describe el gen muscleblind y sus funciones son: Artero, R.D. (1995). Caracterización molecular de la región 54A de Drosophila melanogaster. Tesis Doctoral Universitat de Valencia; Artero, R, Prokop, A, Paricio, N, Begemann, G, Pueyo, I, Mlodzik, M, Pérez-Alonso, M, Baylies, M (1998). Dev. Biol. 195, 131-143; Begemann, G, Paricio, N, Artero, R, Kiss, Pérez-Alonso, M y Mlodzik, M (1997). Development, 124, 4321-4331. García Casado, Z (2002). Caracterización funcional del gen muscleblind: valoración de Drosophila como modelo para el estudio de la Distrofia Miotónica. Tesis Doctoral (en preparación). Universitat de Valencia.
Los artículos en los que se describe la relación entre el comportamiento molecular de las expansiones responsables de las distrofias miotónicas y las proteínas muscleblind son: Fardaei M, Larkin K, Brook JD y Hamshere MG (2001). Nucleic Acids Research 29, 2766-2771; Mankodi y col. (2001). Human Molecular Genetics 10, 2165-2170; Fardaei, M, Rogers, MT, Thorpe, HM, Larkin, K, Hamshere, MG, Harper, PS y Brook, JD (2002). Human Molecular Genetics 11, 805-814; Miller, JW, Urbinati, CR, Teng-umnuay, P, Stenberg, MG, Byrne, BJ, Thornton, A y Swanson, MS (2000). The EMBO J. 19, 4439-4448.
Artículos en los que se describen microsatélites como responsables de enfermedades humanas y una posible función de los microsatélites con secuencia CTG: Ranun, LPW y Day, JW (2002). Current Opinion in Genetics & Development 12: 266-271; Philips, AV, Timchenko, LT y Cooper, TA (1998). Science 280: 737-741; Richards, RI (2001). Human Molecular Genetics 10: 2187-2194; Cummings, CJ, Zoghbi, HY (2000). Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 1: 281-328; Filippova, GN y col. (2001). Nature Genetics 28:335-343; Koob, MD y col. (1999). Nature Genetics 21: 379-384.
Artículos en los que se describen otros modelos animales para las distrofias miotónicas son: Mankodi, A et al (2000). Science 289, 1769-1772; Seznec y col. (2001). Human Molecular Genetics 10, 2717-2726.
Artículos en los que se utiliza la técnica genética de búsqueda sistemática de modificadores genéticos de un fenotipo dado son: Hays, TS y col. (1989). Molecular and Cellular Biology 9, 875-84; Deuring, R, Robertson, B, Prout, M y Fuller, M T (1989). Mol. Cell. Biol. 9, 875-84; Fuller, M T y col. (1989). Cell Mot. Cyto. 14, 128-35; y Rottgen G, Wagner T, Hinz U (1998). Mol. Gen. Genet. 257, 442-51.
Artículos en los que se describen técnicas de terapia génica son Ozawa CR, Springer ML, Blau HM (2000). Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 40, 295-317; Furth y col. (1992), Anal Biochem 205, 365-368; y Tang y col. (1992), Nature 356, 152-154.
Breve descripción de la invención
En esta invención se proporcionan animales transgénicos invertebrados, en particular del insecto Drosophila melanogaster. Estos animales se caracterizan porque expresan un microsatélite CTG, clonado a partir de expansiones sintéticas, en diferentes tejidos o momentos de la vida del animal. Dicho microsatélite se ha introducido de forma estable en el genoma del organismo receptor, Drosophila melanogaster, obteniendo así animales transgénicos que expresan RNAs que contienen dicho microsatélite de forma controlada. Esta expresión se puede controlar mediante el empleo del sistema Gal4/UAS. Al microsatélite introducido le denominamos en lo sucesivo "el transgén". Esta expresión del transgén genera un efecto morfológico y/o fisiológico en el insecto que depende de la cantidad de expresión que se induzca. A este efecto lo denominamos fenotipo. Se proporcionan métodos para emplear estos animales transgénicos, en los que se ha provocado un fenotipo, para las búsquedas sistemáticas de compuestos con una actividad biológica modificadora del mencionado fenotipo. Asimismo, estos animales transgénicos pueden ser empleados para la búsqueda sistemática de genes relacionados con la función alterada al expresar el transgén, utilizando para ello técnicas genéticas conocidas para una persona versada en la técnica. Finalmente, estas moscas transgénicas pueden ser empleadas para la validación de terapias farmacológicas potenciales.
Descripción detallada de la invención
Esta invención proporciona un modelo animal invertebrado en el que es posible generar un fenotipo sensibilizado por expresión controlada de un microsatélite que contiene la secuencia CTG. Este fenotipo resulta de la expresión de un transgén en un tejido dado. Por un fenotipo sensibilizado se entiende que el modelo animal invertebrado transgénico presenta un fenotipo cuya intensidad depende del grado de expresión del transgén. Este animal transgénico cae dentro del ámbito de esta invención, independientemente de su estadio de desarrollo, con tal de que desarrolle un fenotipo provocado por la expresión del transgén en algún momento de su vida. Los animales transgénicos con el fenotipo sensibilizado objeto de protección se caracterizan por tener las siguientes características fenotípicas: (1) el desarrollo de un fenotipo cuyo grado de intensidad depende del grado de expresión del transgén (2) un cambio en la expresión de un gen relacionado funcionalmente con el transgén provoca una modificación en el fenotipo.
Los animales transgénicos objeto de protección son animales invertebrados. De particular interés son aquellos del phylum artrópodos, y en concreto los miembros de la clase insectos. El animal transgénico objeto de protección pertenece a la especie Drosophila melanogaster. La descripción que se hace de los mismos en la presente memoria posibilita que un experto pueda reproducir la invención. No obstante, el material biológico mencionado (en total, 18 líneas de Drosophila) está a disposición del público en la Colección de Líneas de Drosophila del Departamento de Genética de Facultad de Biología de la Universidad de Valencia, Calle Doctor Moliner, nº 50 en la ciudad de Burjasot, provincia de Valencia (España), con Números de Referencia con el formato P(60)x.y para las líneas portadoras de un transgén con 60 repeticiones y P(480)x.y para las líneas portadoras de 480 repeticiones. En ambos casos, x hace referencia al número del animal inyectado mientras que y hace referencia al número de orden del animal que muestra el marcador fenotípico de que contiene el transgén en la descendencia del cruce para detectar las moscas transgénicas.
Un aspecto crítico de los animales transgénicos objeto de protección es que los animales portan un transgén integrado de forma estable en su genoma y cuya expresión puede controlarse en el espacio y en el tiempo, de tal manera que se genera un fenotipo por la interferencia que provoca la expresión del microsatélite que contiene la secuencia CTG. El término "transgén" describe un material genético que ha sido o va a ser insertado artificialmente en el genoma de la célula. Respecto a la expresión espacial del transgén, esta expresión incluye, generalmente, a los discos imaginales de la larva y estructuras embrionarias como la musculatura embrionaria.
El transgén expresa un producto que, cuando se dirige en un patrón espacial apropiado, da lugar a un fenotipo sensibilizado. El transgén puede ser una secuencia larga de repeticiones del trinucleótido CTG, generalmente más de 60, bien generada artificialmente o presente ya en la naturaleza. Como tal, un transgén incluye al menos una porción de su secuencia de nucleótidos que es sustancialmente similar a los microsatélites que contienen repeticiones de CTGs presentes en la naturaleza, donde sustancialmente similar significa una secuencia de ADN con una identidad de secuencia con la versión natural de estos microsatélites de, al menos, el 40%, normalmente al menos del 50% y, más frecuentemente, al menos un 55%, donde la identidad de secuencia está determinada con el programa BLAST (Basic Local Alignment Search Tool que se puede encontrar en la siguiente dirección de internet: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST) en sus ajustes por defecto. En realizaciones de esta invención, el transgén es un microsatélite que contiene la secuencia CTG procedente de la naturaleza o que tiene una secuencia sustancialmente similar a éste, aunque puede contener otras secuencias intercaladas, tener origen artificial o sintético y llevar secuencias adosadas (codificantes o no) tales como un gen chivato (conocido en inglés como "reporter") o una etiqueta (conocida en ingles como "tag"). Un ejemplo de ambas secuencias es la proteína fluorescente verde GFP y sus variantes.
Los transgenes objeto de protección están representados por SEQ ID NO: 1 y 2 incorporadas a esta solicitud.
El transgén conteniendo las repeticiones CTG está integrado de forma estable en el genoma del animal de una manera tal que su expresión está controlada en el espacio en el tipo celular deseado. Específicamente, el transgén está integrado de forma estable en el genoma del animal detrás de las secuencias UAS de levadura (SEQ ID NO: 3 y 4; representado como UAS-CTG). Estas secuencias UAS sirven como lugares de unión del factor de transcripción Gal4 de levadura (SEQ ID NO: 7 y 8), de modo que el patrón de expresión del transgén está determinado por el patrón de expresión del transgén Gal4. El transgén UAS-CTG puede estar bajo el control de cualquier promotor conveniente que proporcione el requisito de un patrón de expresión deseado, donde este promotor puede ser exógeno o endógeno, pero generalmente será endógeno. Un promotor adecuado es el promotor localizado en el cromosoma 2 en el genoma de Drosophila melanogaster que regula la expresión de GAL4 según el patrón normal del gen sevenless en la línea con número de referencia 2023 (número de referencia de Bloomington Drosophila Stock Center de la Universidad de Indiana, EEUU).
El transgén puede estar integrado en el genoma de este insecto de una manera tal que puede ser usado para la activación de la expresión por parte del promotor de una manera directa o indirecta, es decir, de tal manera que el promotor ejerce su activación sobre el transgén en cis o en trans. En otras palabras, la expresión del transgén puede estar mediada directamente por el promotor, o bien mediante uno o más factores transactivadores. Cuando el transgén está bajo el control directo del promotor, es decir, el promotor regula la expresión del transgén en cis, el transgén está integrado de forma estable en el genoma de la mosca en un lugar suficientemente próximo al promotor y en fase con el promotor de tal modo que la regulación en cis del promotor puede tener lugar.
En otras realizaciones de esta invención donde la expresión del transgén está indirectamente mediada por un promotor endógeno, el promotor controla la expresión del transgén mediante uno o más factores transactivadores, normalmente un factor transactivador, es decir, un factor cuya expresión está controlada directamente por el promotor y el cual se une a una región del transgén de una manera apropiada para activar la expresión de ese transgén. Se puede emplear cualquier factor de transactivación conveniente, pero generalmente se usa el sistema de transactivación Gal4 y se hace referencia a este sistema en realizaciones de esta invención.
En aquellas realizaciones de la invención objeto de protección en las cuales las moscas transgénicas utilizan el sistema de expresión dirigida Gal4/UAS, la secuencia codificante para la proteína Gal4 está integrada de forma estable en el genoma del animal de una manera tal que está unida funcionalmente al promotor endógeno que controla la expresión espacio-temporal. Un ejemplo de este tipo de animal es la línea número 2023, disponible en Bloomington Drosophila Stock Center en la Universidad de Indiana, EEUU (http://flvbase.bio.indiana.edu/). El transgén está integrado de forma estable en una posición diferente en el genoma, generalmente una posición al azar en el genoma, donde el transgén está unido funcionalmente a una secuencia activadora aguas arriba (las secuencias UAS), a las cuales el factor de transcripción de levadura Gal4 se une y activa la expresión del transgén. Las personas conocedoras de la técnica emplean comúnmente moscas transgénicas poseedoras de un sistema de transactivación UAS/Gal4. Este sistema se describe en detalle en Brand y Perrimon (1993).
Métodos para producir las moscas transgénicas objeto de protección
Las moscas objeto de protección se pueden obtener utilizando cualquier protocolo adecuado para la integración estable del transgén en el genoma de la mosca de una manera que permita el requisito de la expresión espacial controlada del transgén, es decir, en aquellos lugares en los que sea de interés experimental. Se pueden emplear varias estrategias para la integración del transgén con el requisito de la expresión espacial controlada. Generalmente, los métodos para producir estas moscas transgénicas implican la integración estable del transgén en el genoma de la mosca. La integración estable se puede conseguir introduciendo primero el transgén en una célula o células de la mosca, por ejemplo, en el embrión del animal. El transgén está generalmente presente en un vector adecuado, tal como un plásmido. La introducción del transgén puede conseguirse usando un protocolo adecuado, donde protocolos adecuados pueden ser: electroporación, microinyección, y semejantes. Siguiendo a la introducción del transgén en la célula(s), el transgén se integra de forma estable en el genoma de la célula. La integración estable puede ser bien específica de lugar o al azar, pero es generalmente al azar. La integración estable del transgén en el genoma del animal puede seguirse macroscópicamente por la expresión de un gen marcador incorporado en el DNA quimérico que incluye el transgén, por ejemplo el gen white (SEQ ID: 9), del modo estándar conocido por las personas versadas en esta la técnica.
Cuando la integración es al azar, el transgén se integra típicamente mediante el uso de una fuente de transposasa. La transposasa es un enzima (SEQ ID NO: 6) que cataliza la integración específica de las moléculas de ADN que contengan las repeticiones invertidas terminales del elemento transponible P, tanto en transposones naturales como en transposones artificiales. En estas realizaciones experimentales, el transgén se introduce en la célula mediante un vector que incluye el requisito de poseer las repeticiones invertidas terminales (de 31 pares de bases) del elemento transponible P de Drosophila melanogaster (SEQ ID NO: 5). Cuando la célula en la que el transgén tiene que integrarse no contiene una fuente de transposasa endógena, se incluye junto con el plásmido que contiene el transgén un vector con la secuencia codificante para la transposasa, por ejemplo, un plásmido llamado "helper" en el que se ha clonado el gen para la transposasa de Drosophila, tal como pTURBO (tal como se describe en Steller y Pirrotta, 1986). Los métodos para la integración al azar de transgenes en el genoma de una célula(s) diana de Drosophila melanogaster se describen en Spradling (1986) y en la patente estadounidense número 4,670,388, la cual se incluye en esta solicitud como referencia.
En aquellas realizaciones experimentales en las que el transgén está integrado de forma estable en el genoma de la mosca, se proporciona también la metodología necesaria para la expresión controlada del transgén durante el desarrollo de la mosca tanto en el espacio como en el tiempo. En otras palabras, se proporcionan los métodos para la expresión dirigida del transgén. Para obtener la expresión dirigida deseada de un transgén integrado al azar, se puede incluir un promotor particular aguas arriba del transgén como una sola unidad en el vector de transformación empleado. Alternativamente, se puede emplear un transactivador que regule la expresión del transgén. De interés particular es el empleo del sistema Gal4 descrito en Brand y Perrimon (1993).
En esta realización experimental particular, los animales transgénicos objeto de protección se han obtenido mediante: (1) generación de dos líneas de moscas transgénicas separadas: (a) una primera línea que expresa el factor de transcripción de levadura Gal4 principalmente en ojo, es decir, bajo el control de un promotor endógeno de la mosca localizado en el cromosoma 2 (tal como la línea de Drosophila con número de identificación 5793 en el Bloomington Drosophila Stock Center); y (b) una segunda línea en la cual el transgén está integrado de forma estable en el genoma celular y fusionado con un dominio UAS; (2) cruzar las dos líneas; y (3) identificar la progenie con el fenotipo deseado, esto es, un defecto morfológico o fisiológico observable que puede ser un ojo compuesto que presenta un aspecto externamente rugoso. Los pasos descritos arriba son de conocimiento general para aquellas personas versadas en esta técnica. Véase también Brand y Perrimon (1993) y Phelps y Brand (1998).
La estrategia anterior se emplea para obtener huevos fertilizados que incluyen un transgén integrado de forma estable en su genoma de manera tal que el transgén se expresa de una manera espacio-temporal apropiada para que los huevos den lugar a adultos que exhiban el efecto morfológico y/o fisiológico deseado (fenotipo). Generalmente, se permite que los huevos fertilizados progresen en su desarrollo en las condiciones que conducen al fenotipo
deseado.
El fenotipo de interés de los animales se puede modular variando las condiciones en las cuales se permite a los animales madurar. Por ejemplo, se puede modificar la temperatura para modular la intensidad del fenotipo obtenido. Los embriones o larvas cultivados a 29-30 grados Celsius de temperatura suelen presentar un fenotipo más fuerte (que puede llegar incluso a la muerte del animal) que los crecidos a 25 grados y el fenotipo de éstos suele ser más fuerte que el de los individuos desarrollados a 17-19 grados.
Usos
Las moscas objeto de protección pueden ser usadas en una variedad de aplicaciones, que incluyen: (1) como herramienta para dilucidar el mecanismo genético alterado en cualquier enfermedad debida, en su totalidad o en parte, a la expansión de microsatélites basados en la secuencia CTG, como por ejemplo las distrofias miotónicas, realizando búsquedas genéticas sistemáticas de genes relacionados funcionalmente con los genes responsables del fenotipo provocado por la expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG del modo descrito más abajo; (2) como herramienta para la búsqueda sistemática de compuestos terapéuticos para el tratamiento de cualquier enfermedad debida, en su totalidad o en parte, a la expansión de microsatélites basados en la secuencia CTG, como por ejemplo las distrofias miotónicas; y (3) como herramienta para la validación in vivo de tratamientos potenciales, incluso obtenidos por cualquier otro método, de enfermedades que discurran por alteraciones en microsatélites basados en la secuencia CTG (es decir, como animales modelo de enfermedades humanas tales como la Distrofia Miotónica de tipo 1 ó 2, Sca8 o HDL2).
Tal como se ha mencionado más arriba, las moscas transgénicas objeto de protección son especialmente útiles para la búsqueda sistemática de compuestos con una actividad terapéutica contra las distrofias miotónicas. Una estrategia terapéutica potencial para aliviar los síntomas de los pacientes con distrofia miotónica consiste en potenciar la función de las proteínas humanas homólogas a muscleblind (entre ellas el gen MBNL1). Es decir, que la proteína MBNL1 no unida a trinucleótidos CUG funcione más eficientemente. Otras estrategias terapéuticas potenciales consisten en activar los mecanismos moleculares que conducen a una reducción en el tamaño de las expansiones del microsatélite basado en la secuencia CTG objeto de esta patente, o diseñar péptidos sintéticos que compitan con MBNL1 en su unión con las secuencias microsatélite a las que queda secuestrada en situaciones patológicas. En nuestro modelo en Drosophila sabemos que cuando aumentamos la expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG (para ello aumentamos el nivel de expresión del transgén) el efecto fenotípico se incrementa. Por tanto, podemos emplear unas condiciones experimentales en las que tenemos un defecto morfológico intermedio y administrar una batería de compuestos con actividad biológica potencial a nuestro modelo animal. Aquellos compuestos que supriman el defecto morfológico son moléculas que pueden potencialmente colaborar en la función molecular de la proteína MBNL in vivo, inhibir el efecto patológico de las expansiones de microsatélites basados en la secuencia CTG o potenciar la pérdida de parte del microsatélite objeto de ensayo. Para confirmar la especificidad del efecto observado, podemos ensayar los compuestos con una actividad en el primer ensayo en otro tejido, por ejemplo en otros órganos tales como el ala, donde podemos realizar un ensayo cuantitativo, a fin de confirmar la observación. Asimismo, podemos validar la efectividad de un compuesto sobre la actividad de muscleblind ensayando su efecto sobre moscas mutantes para el gen muscleblind. Los compuestos que tengan un efecto positivo sobre la actividad de la proteína Muscleblind o del gen deberán mejorar el fenotipo del organismo mutante muscleblind.
Así pues, mediante el uso de las moscas transgénicas objeto de protección (o células derivadas de ellas dependiendo del tipo particular de búsqueda sistemática que se esté llevando a cabo), se pueden identificar compuestos que tengan una actividad con respecto a las distrofias miotónicas o Sca8. Los compuestos tienen una actividad con respecto a las distrofias miotónicas o Sca8 si modulan o tienen algún efecto en al menos un parámetro o síntoma de estas enfermedades, tales como descargas miotónicas en un electromiograma o rigidez en los músculos (miotonía), donde la actividad moduladora puede reducir o potenciar la magnitud del síntoma, dependiendo de la naturaleza de la enfermedad y del síntoma. Además, los métodos para la búsqueda sistemática utilizando las moscas objeto de protección pueden ser empleados para identificar compuestos que modulen la progresión de la enfermedad, por ejemplo uniéndose, modulando, potenciando o reprimiendo la actividad de una proteína o péptido implicado en la progresión de la enfermedad. Con esta aproximación también podemos identificar compuestos que mejoren, alivien o incluso eliminen los síntomas de la enfermedad, donde tal actividad puede tener o no que ver con el mecanismo de patogenicidad de la enfermedad. La búsqueda sistemática de compuestos, aún sin un efecto sobre las distrofia miotónica o Sca8, o el ensayo de compuestos identificados por cualquier otro método, en las moscas objeto de protección también es de interés. Nuestra invención permite identificar compuestos que: (1) aun no estando relacionados con modular la actividad de un elemento de la ruta de patogenicidad de la enfermedad, tengan un efecto positivo con respecto de los síntomas de la enfermedad y como tales sean potencialmente terapéuticos, por ejemplo, compuestos que alivien la miotonía de los pacientes; (2) compuestos identificados por cualquier otro método (por ejemplo ensayos in vitro) que provoquen un efecto adverso con respecto a la enfermedad y por tanto deban ser evitados como agentes terapéuticos o (3) compuestos que identificados usando otros métodos alivien, mejoren o supriman totalmente los síntomas de la enfermedad y sean por tanto agentes terapéuticos de elección.
En los métodos de búsquedas sistemáticas con los animales transgénicos objeto de protección, generalmente se administra oralmente a la mosca una cierta cantidad de compuesto candidato. Tras la administración oral, se determina el efecto del compuesto sobre el fenotipo provocado por expresión de uno de los transgenes, ya sea un microsatélite presente en la naturaleza, de una porción del mismo, o de una versión artificial, siempre que obtengamos un fenotipo. La determinación del efecto se realiza generalmente por comparación con un control, es decir, una mosca transgénica a la cual no se ha administrado el compuesto candidato. El efecto del compuesto candidato se determina averiguando si una o más características fenotípicas debidas a la expresión del transgén del microsatélite basado en la secuencia CTG se ven potenciadas o aliviadas en la mosca objeto de experimentación en comparación con la mosca control, donde características en las que se puede observar un cambio pueden ser la morfología del ojo del adulto, de sus alas o patas, su comportamiento (capacidad para andar, etc.), longevidad, fisiología y características semejantes. El compuesto candidato se administra oralmente a la mosca generalmente mezclando el compuesto con el medio nutritivo de la mosca, es decir, agua, una solución acuosa con elementos nutritivos adicionales, etc., y colocando el medio en presencia de la mosca, (bien sea la larva o el adulto aunque generalmente es el adulto) de tal manera que la mosca se alimenta de ese medio. La administración del compuesto también puede utilizar otras vías de administración como pueden ser la vía respiratoria o la inyección en la hemolinfa del insecto, entre otras. Generalmente se ensayan en paralelo múltiples mezclas con diferentes concentraciones del compuesto para obtener una respuesta diferente con cada concentración del agente candidato. Típicamente, una de esas concentraciones sirve como control negativo, por ejemplo, al no incorporar el compuesto candidato. Los métodos reivindicados pueden adaptarse a búsquedas sistemáticas de alto rendimiento en las cuales se ensayan un gran número de compuestos candidatos en paralelo usando un gran número de moscas. Por "un gran número" se entiende una pluralidad, donde pluralidad significa al menos 10 ó 50, usualmente al menos 100, y más normalmente al menos 1000, pudiendo llegar a ser entre 10000 ó 50000 o más pero que en muchas ocasiones no excederá de 5000.
De particular interés en algunas realizaciones de esta invención es el uso de las moscas transgénicas objeto de protección en búsquedas sistemáticas de alto rendimiento en ensayos de toxicidad, tal como se describe en la patente americana de número 6,365,129 y que se incorpora como referencia. En tales búsquedas sistemáticas de alto rendimiento, se ensaya simultáneamente la toxicidad, si existe, de una pluralidad de compuestos, usualmente al menos 10 diferentes, poniéndolos en contacto con una población de los animales transgénicos objeto de protección que presentan un fenotipo debido a la expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG, y determinando el efecto de tales compuestos en los animales. Dichas búsquedas sistemáticas de alto rendimiento resultan especialmente útiles para encontrar agentes potencialmente terapéuticos para el tratamiento de las distrofias miotónicas y Sca8 ya que sólo se identifican como positivos para estudios ulteriores aquellos compuestos que tratan la enfermedad pero son suficientemente poco tóxicos como para permitir vivir al animal.
Los métodos objeto de protección pueden usarse en la búsqueda sistemática de diferentes agentes candidatos potencialmente terapéuticos. Estos agentes candidatos abarcan numerosas clases de productos químicos, aunque típicamente son moléculas orgánicas, preferentemente pequeños compuestos orgánicos con un peso molecular de más de 50 y menos de 2500 Dalton. Estos agentes candidatos presentan grupos funcionales necesarios para la interacción física con proteínas, particularmente puentes de hidrógeno, y típicamente incluyen al menos una amina, carbonilo, hidroxilo o grupo carboxilo, aunque preferentemente presentan al menos dos de los grupos químicos funcionales. Los agentes candidatos a menudo incluyen estructuras cíclicas o heterocíclicas de carbono y/o estructuras aromáticas o poliaromáticas sustituidas con uno o más de los grupos funcionales mencionados previamente. Los agentes candidatos también se encuentran entre las biomoléculas incluyendo, pero no estando limitadas a: péptidos, sacáridos, ácidos grasos, esteroides, purinas, pirimidinas, sus derivados, análogos estructurales o combinaciones de ellos.
Los agentes candidatos pueden obtenerse de varias fuentes que incluyen las colecciones de compuestos naturales o sintéticos. Por ejemplo, se dispone de técnicas para la síntesis dirigida y aleatoria de una amplia variedad de compuestos orgánicos y biomoléculas, incluyendo colecciones aleatorias de oligopéptidos y oligonucleótidos. Alternativamente, se pueden obtener o producir colecciones de compuestos naturales en forma de extractos de bacterias, hongos, plantas y animales. Adicionalmente, las librerías de productos naturales o sintéticos, o sus componentes individuales, pueden modificarse mediante técnicas bioquímicas, físicas o químicas convencionales y pueden usarse para producir colecciones combinatorias. Los agentes fármacológicos conocidos pueden someterse a modificaciones químicas aleatorias o dirigidas, tales como acilación, alquilación, esterificación, amidificación, etc. para producir análogos estructurales. También se pueden crear nuevos agentes potencialmente terapéuticos usando métodos tales como el diseño racional de drogas o de bioquímica estructural.
Las búsquedas sistemáticas pueden dirigirse a compuestos conocidos activos farmacológicamente o a análogos químicos de los mismos, o a agentes nuevos con propiedades desconocidas tales como aquellos creados mediante diseño racional de drogas. Los agentes candidatos con actividad terapéutica con respecto a las distrofias miotónicas y Sca8 pueden identificarse sobre la base de su capacidad para potenciar uno o más aspectos del fenotipo de las moscas transgénicas objeto de protección, tales como un fenotipo de ojo rugoso, alas defectuosas, longevidad re-
ducida, problemas locomotores y semejantes, tal como se describe más arriba.
De interés particular es el uso de los métodos objeto de protección para identificar agentes terapéuticos contra las distrofias miotónicas, Sca8 y HDL2 que exhiben una baja toxicidad pero son efectivos en la potenciación de la actividad de la proteína Muscleblind. Estos métodos exigen una gran especificidad por parte del agente terapéutico para que, al mismo tiempo que ejerce un efecto sobre la función de la proteína Muscleblind, los efectos secundarios indeseables sean lo suficientemente limitados como para permitir sobrevivir a la mosca.
Los métodos de búsquedas sistemáticas en moscas pueden formar parte de un proceso de búsqueda sistemática de múltiples pasos en el que la evaluación de la eficacia (y seguridad) de un agente terapéutico candidato se lleva a cabo en más de un organismo modelo. En búsquedas sistemáticas de múltiples pasos en las que se utilicen las moscas transgénicas objeto de protección, un compuesto candidato o colección de compuestos se somete a evaluación en un segundo modelo in vivo, por ejemplo un modelo en ratón. Modelos de distrofia miotónica en ratón se han generado con ratones transgénicos que expresan grados variables de la expansión CTG en el gen DMPK humano y que se describen en detalle en Mankodi y col. (2001) y en Seznec y col. (2001). Además, también se puede emplear una búsqueda sistemática in vitro previa a la utilización de animales modelo para la enfermedad. En estos casos, el compuesto se somete primero a una búsqueda sistemática in vitro, ensayando su potencial como agente terapéutico en el tratamiento de las distrofias miotónicas. Se puede emplear cualquier ensayo conveniente para una búsqueda sistemática in vitro de una actividad deseable para aliviar o eliminar síntomas asociados a las distrofias miotónicas, Sca8 u otras enfermedades genéticas causadas por la expansión de microsatélites basados en la secuencia CTG. Una persona versada en la materia conoce los ensayos convenientes.
Identificación de dianas génicas
Además de su uso como animales modelo para la búsqueda sistemática de agentes terapéuticos candidatos, las moscas transgénicas objeto de protección pueden emplearse en la identificación de genes implicados funcionalmente en desencadenar el fenotipo debido a expresión del transgén objeto de protección. Entre estos genes se encuentra el gen muscleblind. Los genes relevantes para el fenotipo de expresión de microsatélites basados en la secuencia CTG pueden identificarse llevando a cabo análisis tradicionales de supresores y potenciadores en las moscas objeto de protección. En estos análisis, se mutan los genes de las moscas transgénicas objeto de protección para identificar aquellos que potencian o suprimen el fenotipo de expresión del transgén. Los métodos para mutar genes y llevar a término búsquedas sistemáticas de supresores y potenciadores son conocidos para las personas versadas en la técnica (Hays y col., 1989; Deuring y col., 1989; Fuller y col., 1989; y Rottgen y col., 1998).
Los genes que mutan para suprimir el fenotipo de expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG de una manera recesiva identifican a proteínas potencialmente terapéuticas para el tratamiento de las distrofias miotónicas, Sca8 y HDL2 ya que reducir el producto génico normal de tales genes aliviaría potencialmente la enfermedad. Se puede interferir en la actividad de estos genes mediante muchos métodos que van desde deleccionar el ADN del gen a inhibir su transcripción, su traducción o bien su actividad proteica. Para búsquedas sistemáticas de agentes candidatos, se pueden producir pequeñas moléculas antagonistas de estos genes y evaluar su eficacia en el modelo animal mediante administración oral. Alternativamente, los antagonistas moleculares grandes pueden usarse mediante terapia génica tal como se describe más abajo. Los genes que mutan para potenciar el fenotipo de expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG de una manera recesiva identifican dianas para aumentar la actividad de tales genes pues ello conllevaría potencialmente una mejora en los síntomas de las distrofias miotónicas y Sca8.
Dispositivos de ensayo (KITS)
Junto con las moscas transgénicas objeto de protección se incluyen kits utilizables para llevar a término los métodos de búsquedas sistemáticas. Tales kits incluyen una pluralidad de moscas transgénicas de esta invención, o los medios para producir tal pluralidad de moscas, es decir, una mosca macho y una mosca hembra transgénicas de la presente invención, los vectores portadores de los genes requeridos, tales como los transgenes, un gen para el gen de la transposasa, GAL4, etc. Las moscas se pueden confinar en contenedores apropiados, es decir, viales. Los presentes kits pueden también incluir un medio nutritivo para los animales, es decir, medio de cultivo para Drosophila.
Agentes terapéuticos y formulaciones farmacéuticas
La presente invención incluye también los agentes terapéuticos para el uso en el tratamiento de las distrofias miotónicas y Sca8, así como las formulaciones farmacéuticas a partir de ellos. Los agentes terapéuticos de la presente invención son aquellos identificados usando los métodos de búsqueda sistemática descritos más arriba que muestren una actividad moduladora con respecto al fenotipo de expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG (o los agentes conocidos que tengan un efecto en la expresión de un gen identificado como modulador del fenotipo de expresión del microsatélite basado en la secuencia CTG, donde para la identificación de estos genes también se emplean animales no transgénicos descritos en esta solicitud).
También se incluyen las formulaciones farmacéuticas de los agentes terapéuticos objeto de protección. En las formulaciones farmacéuticas o composiciones de la presente invención, los agentes descritos anteriormente se formulan en composiciones farmacéuticas por combinación con los excipientes o diluyentes apropiados y aceptados para la preparación de fármacos, que puedan formularse en preparaciones en forma sólida, semisólida, líquida o gaseosa, tales como tabletas, cápsulas, polvos, gránulos, ungüentos, soluciones, supositorios, inyecciones, inhalados y aerosoles. En sus dosis farmacéuticas, los agentes pueden administrarse en sus sales aceptadas para la preparación de fármacos, o pueden también usarse solos o en las asociaciones apropiadas, así como en combinación con otros compuestos farmacológicos activos. Los siguientes métodos y excipientes son meramente ejemplos y en ningún modo son limitantes.
Para las preparaciones orales, los agentes pueden usarse solos o en combinación con los excipientes o aditivos apropiados para hacer tabletas, polvos, gránulos o cápsulas, por ejemplo, con aditivos convencionales tales como lactosa, manitol, almidón de maíz o patata; con aditivos agregantes, tales como celulosa cristalina, derivados de la celulosa, acacia, almidón de maíz o gelatinas; con aditivos dispersadores, tales como almidón de maíz, almidón de patata o carboximetilcelulosa sódica; con lubricantes, tales como estearato de magnesio o talco; y si se desea, con diluyentes, agentes tamponadores, agentes hidratantes, conservadores o sabores artificiales.
Los agentes se pueden formular en preparaciones para inyección al disolverlos, suspenderlos o crear emulsiones en un solvente acuoso o no acuoso, tales como aceites vegetales o aceites similares, glicéridos ácidos alifáticos sintéticos, ésteres de ácidos alifáticos superiores o propilenglicol; y si se desea, con aditivos convencionales tales como solubilizadores, agentes isotónicos, agentes para mantener en suspensión, agentes emulsificantes, estabilizantes y conservantes.
Los agentes pueden utilizarse en una formulación aerosólica para ser administrados por inhalación. Los compuestos de la presente invención pueden formularse en propelentes presurizados aceptables tales como propano, nitrógeno y semejantes.
Además, los agentes terapéuticos pueden formularse en supositorios al mezclarlos con una variedad de bases tales como bases emulsificantes o bases solubles en agua. Los compuestos de la presente invención pueden administrarse por vía rectal utilizando supositorios. Los supositorios pueden incluir excipientes tales como manteca de coco, polietilenglicol y carboceras, los cuales se funden a la temperatura del cuerpo pero permanecen sólidos a temperatura ambiente.
En la presentación de la dosis unitaria para la administración oral o rectal, tales como jarabes, elixires y suspensiones, cada dosis unitaria, por ejemplo una cucharilla, una tableta o un supositorio, contiene una cantidad predeterminada de la composición pudiendo contener uno o más inhibidores. De modo semejante, las dosis unitarias en forma de inyecciones o administración intravenosa pueden incluir el/los inhibidores en la composición como una solución en agua estéril, suero salino u otro medio aceptable farmacológicamente.
El término "presentación de la dosis unitaria" tal como se usa aquí, se refiere a unidades físicamente discretas apropiadas como dosis unitarias para los individuos humanos y animales, cada unidad conteniendo una cantidad predeterminada de compuestos de la presente invención calculada como suficiente para producir el efecto deseado en asociación con el diluyente, vehículo o excipiente farmacológicamente aceptable. Las especificaciones para una nueva presentación de la dosis unitaria de la presente invención dependen del compuesto particular que está siendo empleado y del afecto a conseguir, así como de la farmacodinámica asociada con cada compuesto en el huésped.
Los excipientes aceptables farmacológicamente, tales como vehiculantes, adyuvantes, transportadores o diluyentes, están disponibles al público. Además, también están disponibles al público las sustancias auxiliares aceptables farmacológicamente, tales como agentes tamponantes o para el ajuste del pH, agentes para ajustar la fuerza iónica, estabilizantes, agentes hidratantes y semejantes.
Cuando el agente es un polipéptido, polinucleótido, análogo o cualquier compuesto que pueda mimetizar la función endógena de cualquier gen identificado mediante el uso de esta invención (identificados usando los protocolos de análisis de búsquedas sistemáticas de mutantes descritos previamente) éste puede introducirse en los tejidos o células del huésped por varias vías, las cuales incluyen la infección viral, la microinyección, la fusión de vesículas o la terapia génica mediada por mioblastos (tal como se describe en Ozawa y col., 2000). También se puede usar para la administración intramuscular la inyección a chorro, tal como se describe en Furth y col. (1992). El ADN se dispone recubriendo micropartículas de oro, y se distribuye intradérmicamente mediante un aparato que bombardea estas partículas contra la piel, o "pistola génica", tal como se describe en la literatura científica (véase, por ejemplo, Tang y col. (1992), donde los microproyectiles de oro se recubren con el ADN y posteriormente se bombardean las células de la piel).
Las personas versadas en la técnica reconocerán que las dosis pueden variar dependiendo del compuesto específico, la gravedad de los síntomas y la susceptibilidad del sujeto a los efectos secundarios. La dosificación recomendada para cada compuesto la podrán determinar aquellas personas versadas en la técnica utilizando una gran variedad de medios.
Se proporcionan kits con dosis unitarias del agente activo, normalmente en dosis orales o inyectables. En estos kits, además de los recipientes con las dosis unitarias habrá un prospecto informativo que describa el uso y los efectos beneficiosos esperados del uso de la droga en el tratamiento de la enfermedad de interés.
Métodos para tratar las distrofias miotónicas, SCA8, HDL2 y en general enfermedades genéticas causadas por la expansión de microsatélites basados en la secuencia CTG
También se proporcionan los métodos para tratar las distrofias miotónicas, Sca8, HDL2 y en general enfermedades genéticas causadas por la expansión de microsatélites basados en la secuencia CTG usando los agentes activos objeto de protección. En los métodos objeto de protección, se le administra al huésped que está siendo tratado una cantidad efectiva de un agente activo de la invención objeto de protección. Por "cantidad efectiva" se entiende una dosis suficiente para producir un resultado deseado, donde el resultado deseado es generalmente una mejora o alivio, incluso el cese completo, de uno o más síntomas de, por ejemplo, la distrofia miotónica, Sca8 o HDL2 que está siendo tratada. La administración de los agentes se puede llevar a cabo de varias maneras, incluyendo vía bucal, oral, parenteral, rectal, intraperitoneal, intradérmica, transdérmica, cutánea, etc. Se puede tratar una variedad de huéspedes con los métodos objeto de protección. Generalmente tales huéspedes son mamíferos, donde este término se usa en un sentido amplio para describir los organismos dentro de la clase mamíferos, que incluye el grupo de los carnívoros (por ejemplo perros y gatos), los roedores (por ejemplo, ratones y ratas), los herbívoros (por ejemplo, caballos y vacas) y los primates (por ejemplo, humanos, chimpancés y monos). En muchas realizaciones los huéspedes serán humanos.
Los siguientes ejemplos se ofrecen como mera ilustración y no deben entenderse en absoluto como limitaciones.
Ejemplos de realización de la invención A. Preparación de moscas transgénicas portadoras de la construcción UAS-(CTG)_{60} y UAS-(CTG)_{480}
Dos expansiones sintéticas del trinucleótido CTG con 60 y 480 repeticiones (descritas respectivamente en Miller y col. 2000 y Philips y col. 1998), se clonaron en el sitio de clonación múltiple de pUAST de tal manera que las secuencias UAS del vector quedaron adyacentes al extremo 5' del microsatélite (Brand y Perrimon, 1993; descrito arriba). La transcripción de la construcción queda bajo el control de Gal4, el cual tiene que unirse a la secuencia UAS para activar la expresión de la secuencia que se ha clonado en el vector pUAST. Las construcciones UAS-(CTG)_{60} y UAS-(CTG)_{480}
(SEQ ID Nos: 1 y 2, respectivamente) se integraron en el genoma de Drosophila melanogaster mediante procedimientos de microinyección estándar (Spradling y Rubin, 1982). La fuente de transposasa usada para posibilitar la integración de las construcciones UAS-(CTG)_{60} y UAS-(CTG)_{480} en el genoma se proporcionó coinyectando el vector pTURBO (tal como se describe en Steller y Pirrota, 1986).
B. Producción de moscas con un fenotipo adulto dependiente de la expresión de los transgenes UAS-(CTG)_{60} y UAS-(CTG)_{480}
Las moscas portadoras de las construcciones UAS-(CTG)_{60} y UAS-(CTG)_{480} se cruzaron independientemente con diferentes moscas productoras de Gal4 para obtener expresión dirigida del transgén en tejidos seleccionados del modo descrito en Brand y Perrimon (1993) y se permitió a su descendencia desarrollarse. Se cruzaron varias líneas transgénicas, entre ellas la P(480)3.5 (número de referencia en la Colección de Líneas de Drosophila del Departamento de Genética de Facultad de Biología de la Universidad de Valencia), con la línea productora de Gal4 sevenless-Gal4 (sev-Gal4; número de referencia 2023 en el Bloomington Drosophila Stock Center de la Universidad de Indiana. Véase también la dirección de internet http://flvbase.bio.indiana.edu). Se permitió a las moscas desarrollarse hasta adultos y se documentaron los defectos morfológicos externos observados. La figura 1 muestra el resultado de este experimento en el que se compara un ojo compuesto de mosca silvestre con el de una mosca que expresa UAS-(CTG)_{480} poniendo de manifiesto un fenotipo de ojos rugosos. Las imágenes se generaron por microscopia óptica (A-B) de ojos adultos de individuos normales (línea Oregón R) y ojos de individuos que expresan el transgén UAS-(CTG)_{480} en los precursores del ojo. La parte anterior está a la izquierda y la parte dorsal arriba. El grado de manifestación fenotípica provocada por la expresión del transgén, observable de forma directa al microscopio, es variable si se emplean líneas transgénicas que expresan distintas cantidades de repeticiones CTG, líneas Gal4 que expresan el activador transcripcional con diferentes intensidad, así como si se utilizan diferentes temperaturas de cultivo.
La figura 2 muestra un experimento de expresión del transgén semejante al descrito en la Figura 1 pero utilizando una línea Gal4 diferente, en este caso la GMR-Gal4 descrita en XX. Las moscas portadoras de la construcción Gal4 manifiestan un fenotipo de ojo rugoso incluso en heterozigosis y se incluyen en la figura como control. Este fenotipo, sin embargo, se ve notablemente incrementado al expresar el transgén UAS-(CTG)_{480} indicando que la expresión del microsatélite que contiene la secuencia CTG del transgén está interfiriendo con el desarrollo normal del ojo de Drosophila.
De modo semejante, la figura 3 muestra el fenotipo generado cuando se expresa el transgen UAS-(CTG)_{480} en la musculatura de moscas Drosophila melanogaster. Para ello se empleó la línea descrita en XX que expresa Gal4 con el patrón de expresión del gen de la cadena pesada de la miosina y se permitió a la descendencia del cruce desarrollarse a 29ºC.
Resulta evidente de los resultados y discusión presentados más arriba que la invención objeto de protección proporciona una herramienta valiosa para la búsqueda sistemática de agentes potencialmente terapéuticos para el tratamiento de, por ejemplo, las distrofias miotónicas, Sca8 y HDL2. Las ventajas de usar las moscas transgénicas de esta invención para la búsqueda sistemática de agentes terapéuticos potenciales incluyen: la posibilidad de adaptar las moscas objeto de protección a protocolos de búsquedas sistemáticas de alto rendimiento, la simplicidad y bajo coste de mantenimiento de dichas moscas transgénicas, la capacidad de las moscas de esta invención de identificar agentes terapéuticos activos por vía oral, la reproducción rápida, y la capacidad de las moscas de esta invención de producir grandes cantidades de descendencia. Por todo ello, esta invención llena un vacío existente en el arsenal de herramientas para llevar a cabo búsquedas sistemáticas de compuestos terapéuticos porque proporciona un método para realizar dichas búsquedas in vivo y con protocolos de alto rendimiento. Una ventaja significativa adicional es la posibilidad de usar las moscas objeto de protección para identificar compuestos que no exhiban toxicidad (o muy baja) en células normales pero aún así sean efectivos en el tratamiento de las distrofias miotónicas, Sca8 o HDL2 u otras enfermedades en las que la expansión de repeticiones basadas en la secuencia CTG sea relevante. Como tales, los métodos de búsquedas sistemáticas objeto de protección proporcionan una manera de identificar agentes terapéuticos contra estas enfermedades que exhiban baja o nula toxicidad en las células normales. Por lo tanto, la presente invención representa un avance en el estado de la técnica.
Aunque la invención presentada anteriormente se ha descrito en algún detalle mediante ilustraciones y la descripción de ejemplos en aras de la claridad, resulta evidente para las personas versadas en la técnica, y a la luz de dichas descripciones, que se pueden realizar ciertos cambios y modificaciones en esta invención sin que ello los desvíe del espíritu y el ámbito de las siguientes reivindicaciones.
Descripción de las figuras
Figura 1. Ojo compuesto de una mosca silvestre (A) comparado con el ojo rugoso provocado por expresión del transgén UAS-(CTG)_{480} con el patrón de expresión de sev-Gal4 (B).
Figura 2. Resultado de la expresión del transgén UAS-(CTG)_{480} (línea P(480)1.1) en un patrón general en los precursores del ojo compuesto de Drosophila. Para controlar la expresión se utilizó la línea GMR-Gal4 y los cultivos se mantuvieron a 25ºC. En (A) se muestra un individuo control heterozigoto para la construcción GMR-Gal4 en el que se puede observar que esta construcción, por sí sola, da un fenotipo rugoso en el ojo compuesto. Este fenotipo, sin embargo, se ve notablemente potenciado cuando GMR-Gal4 activa el transgén UAS-(CTG)_{480} como puede observarse en la imagen (B) por una reducción del tamaño del ojo y mayor presencia de omatidios colapsados.
Figura 3. Fenotipo provocado por la expresión del transgén. Se compara el fenotipo de los individuos normales de la cepa OrR (A) frente al fenotipo provocado al expresar el transgén UAS-(CTG)_{480} en la línea P(480)1.1 en la musculatura de moscas adultas, siguiendo el patrón de expresión de MHC-Gal4 (B). El transgén MHC-Gal4 sigue el patrón de expresión del gen de la cadena pesada de la miosina muscular (línea L82 perteneciente a la Colección de Líneas de Drosophila del Departamento de Genética de la Universidad de Valencia). La descendencia se desarrolló a 29ºC.
<110> Universitat de Valencia
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<120> MODELOS ANIMALES TRANSGÉNICOS EN DROSOPHILA PARA ENFERMEDADES HUMANAS PROVOCADAS
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POR EXPANSIONES DE MICROSATELITES QUE CONTIENEN
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EL TRINUCLEOTIDO CTG
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<160> 9
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<170> PatentIn versión 3.1
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<210> 1
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<211> 1442
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<212> DNA
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<213> construcción artificial
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (1) .. (17)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (20) .. (36)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (39) .. (55)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (58) .. (74)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (77) .. (93)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> señal TATA
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<222> (109) .. (355)
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<223> hsp70 caja TATA
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<220>
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<221> región repetida
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<222> (371) .. (550)
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<223> CTG microsatélite de repetición
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<220>
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<221> secuencia de terminación
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<222> (592) .. (1442)
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<223> terminación SV40
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<400> 1
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1
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<210> 2
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<211> 2822
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<212> DNA
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<213> construcción artificial
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (1) .. (17)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (20) .. (36)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (39) .. (55)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (58) .. (74)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> intensificador de la transcripción
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<222> (77) .. (93)
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<223> sitios de unión Gal4
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<220>
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<221> señal TATA
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<222> (109) .. (355)
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<223> hsp70 caja TATA
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<220>
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<221> región repetida
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<222> (398) .. (1953)
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<223> microsatélite de repetición CTG
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<220>
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<221> secuencia de terminación
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<222> (1967) .. (2822)
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<223> terminación SV40
\newpage
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<400> 2
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2
3
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<210> 3
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<211> 6290
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<212> DNA
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<213> construcción artificial
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<220>
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<221> sitio de unión
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<222> (5906) .. (6027)
\vskip0.400000\baselineskip
<223>
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<400> 3
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4
5
6
7
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<210> 4
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<211> 122
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<212> DNA
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<213> Saccharomyces cerevisiae
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<400> 4
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8
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<210> 5
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<211> 31
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<212> DNA
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<213> Drosophila melanogaster
\vskip1.000000\baselineskip
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<400> 5
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
catgatgaaa taacataagg tggtcccgtc g
\hfill
31
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 766
\vskip0.400000\baselineskip
<212> Proteína
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<213> Drosophila melanogaster
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
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9
10
11
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 11066
\vskip0.400000\baselineskip
<212> DNA
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<213> construcción artificial
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
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<222> (220) .. (2865)
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<223> región codificadora Gal4
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<220>
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<221> CDS
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<222> (4872) .. (5489)
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<223> secuencia codificante del gen white
\newpage
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<400> 7
12
13
14
15
16
17
18
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<210> 8
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<211> 881
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<212> Proteína
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<213> construcción artificial
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<400> 8
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19
20
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<210> 9
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<211> 205
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<212> Proteína
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<213> construcción artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 9
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22
23

Claims (16)

1. Transgén caracterizado porque incluye un microsatélite que contiene la secuencia CTG, seleccionado entre SEQ ID NO:1 o SEQ ID NO:2, que se expresa en la mosca Drosophila melanogaster según el patrón de expresión del factor de transcripción de levaduras Gal4, bajo el control directo o indirecto de un promotor adecuado, exógeno o endógeno, provocando dicha expresión un efecto morfológico o fisiológico en el fenotipo de la mosca medible de forma proporcional al nivel de expresión del transgén.
2. Transgén según la reivindicación 1 caracterizado porque se expresa bajo el control de cualquier promotor endógeno capaz de regular la expresión de Gal4 según el patrón normal de Drosophila melanogaster seleccionado entre otros, de genes tales como el gen sevenless o el gen apterous.
3. Transgén según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque se expresa a través de uno o más factores transactivadores, preferentemente pertenecientes al sistema de transactivación Gal4.
4. Método de obtención de moscas Drosophila melanogaster transgénicas caracterizado por:
a)
Generar una primera línea de moscas transgénicas que expresen el factor de transcripción de levadura Gal4, bajo el control de cualquier promotor endógeno de Drosophila melanogaster, preferentemente en el ojo de dicha mosca.
b)
Generar una segunda línea de moscas en la cual el transgén de las reivindicaciones 1 a 3 se encuentra integrado de forma estable y fusionado con la secuencia UAS.
c)
Cruzar ambas líneas de moscas.
d)
Seleccionar la progenie con el fenotipo deseado.
5. Método según la reivindicación 4 caracterizado porque la integración estable del transgén, específica o al azar, en al menos una célula de la mosca, preferentemente en estado de embrión, se hace a través de un vector adecuado, preferentemente un plásmido, según cualquiera de las tecnologías conocidas en el sector, entre otras la electroporación y la microinyección.
6. Método según la reivindicación 5 caracterizado porque cuando la integración del transgén es al azar y la célula en cuyo genoma se integra tiene una fuente endógena de transposasa, el vector que contiene el transgén posee además las repeticiones invertidas terminales de 31 pares de bases del elemento transponible P de Drosophila melanogaster.
7. Método según la reivindicación 5 caracterizado porque cuando la integración del transgén es al azar y la célula en cuyo genoma se integra no posee una fuente endógena de transposasa, el vector que contiene el transgén se inyecta conjuntamente con una secuencia codificante para la transposasa de Drosophila.
8. Método según la reivindicación 7 caracterizado porque el vector que contiene el transgén es preferentemente el plásmido pTURBO.
9. Moscas Drosophila melanogaster transgénicas obtenibles según el método de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8 caracterizadas por poseer un genoma que contiene el transgén de las reivindicaciones 1 a 3 que se expresa en diferentes tejidos y en diferentes momentos del desarrollo de las moscas utilizando el sistema de expresión Gal4/UAS, resultando en un fenotipo reconocible.
10. Un modelo animal para la identificación, de manera individual o simultánea, de compuestos candidatos útiles para el tratamiento de cualquier enfermedad en cuyo estado patológico sea relevante la presencia de expansiones de microsatélites basados en la secuencia CTG, caracterizado porque comprende:
a)
Administrar dicho compuesto candidato a las moscas transgénicas Drosophila melanogaster de la reivindicación 9.
b)
Medir el efecto de dicho compuesto candidato sobre el fenotipo generado en moscas transgénicas que expresan los transgenes de las reivindicaciones 1 a 3 en un tejido dado.
c)
Comparar el fenotipo de las moscas transgénicas que expresan dichos transgenes en un tejido dado con el fenotipo de moscas transgénicas que expresan los mismos transgenes en idénticas condiciones pero que no recibieron el producto candidato.
d)
Identificar, como compuestos potencialmente terapéuticos, aquellos que son capaces de provocar un incremento o disminución del fenotipo, lo que es indicativo de una actividad potenciadora o reductora, respectivamente, de la capacidad patogénica del transgén.
11. Un modelo para el ensayo y/o validación de compuestos candidatos útiles para el tratamiento de cualquier enfermedad en cuyo estado patológico sea relevante la presencia de expansiones de microsatélites basados en la secuencia CTG, identificados in vivo o in vitro, mediante cualquier sistema bioquímico o biológico, incluyendo el modelo de la reivindicación 10, que comprende:
a)
Administrar dicho compuesto candidato a las moscas transgénicas Drosophila melanogaster de la reivindicación 9.
b)
Medir el efecto de dicho compuesto candidato sobre el fenotipo generado en moscas transgénicas que expresan el transgén de las reivindicaciones 1 a 3 en un tejido dado.
c)
Comparar cuantitativamente el incremento, reducción o alteración del fenotipo de las moscas transgénicas que expresan el transgén de las reivindicaciones 1 a 3 en un tejido dado con el fenotipo de moscas transgénicas que expresan dicho transgén en condiciones idénticas pero no recibieron el producto candidato.
d)
Identificar, como compuestos potencialmente terapéuticos, aquéllos que son capaces de provocar un incremento o disminución del fenotipo, lo que es indicativo de una actividad potenciadora o reductora, respectivamente, de la capacidad patogénica in vivo del transgén de las reivindicaciones 1 a 3.
e)
Comparar cualitativamente el fenotipo de las moscas transgénicas que expresan el transgén de las reivindicaciones 1 a 3 en un tejido dado con el fenotipo de moscas transgénicas que expresan dicho transgén en condiciones idénticas pero no recibieron el producto candidato de forma que la aparición de un fenotipo no relacionado con el fenotipo provocado por expresión del transgén de las reivindicaciones 1 a 3 es indicativo de un efecto secundario del compuesto ensayado.
12. Un modelo según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el compuesto candidato es administrado a las moscas transgénicas Drosophila melanogaster en un medio nutritivo.
13. Un modelo según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el compuesto candidato es administrado a las moscas transgénicas Drosophila melanogaster por vía respiratoria.
14. Un modelo según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el compuesto candidato es administrado a las moscas transgénicas Drosophila melanogaster por inyección en la cavidad corporal.
15. Un modelo según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la enfermedad se selecciona entre la distrofia miotónica de tipo 1 y 2, la ataxia espinocerebelar 8 o la enfermedad HDL2.
16. Un modelo animal para identificar genes que potencialmente modulen la actividad de los transgenes descritos en las reivindicaciones 1 a 3 que comprende:
a)
Producir o introducir, mediante cruces genéticos, una mutación en el genoma de la mosca transgénica de la reivindicación 9.
b)
Determinar si dicha mutación tiene un efecto de incremento, reducción o alteración, sobre el fenotipo generado por la expresión del transgén de las reivindicaciones 1 a 3.
c)
Identificar el gen mutado que se introdujo en la etapa (a) o en el que se produjo la mutación.
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